FR2694142A1 - Circuit breaker for protection against earth faults. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne les équipements de protection d'installations électriques. Un disjoncteur de protection contre des défauts à la terre conforme à l'invention peut fonctionner dans des systèmes monophasés ou polyphasés, avec une plage de tensions alternatives d'entrée de 70 à 264 volts, des fréquences de 50 ou 60 hertz, et des courants de déclenchement sur des défauts à la terre de 6 à 30 milliampères. Un circuit (33) produisant un facteur de puissance qui correspond à un déphasage avant, est connecté à l'enroulement secondaire (31) du transformateur différentiel (23) du disjoncteur, pour permettre au circuit magnétique de réagir à des signaux pulsés en courant continu. Des moyens (79) sont incorporés pour assurer la continuité de la protection dans le cas où le conducteur de neutre (13) est ouvert, et un circuit de temporisation (81, 83, 85) empêche la circulation d'un courant vers le conducteur de terre (15) jusqu'à l'interruption complète du courant dans le conducteur de neutre. Application à la sécurité des installations électriques.The invention relates to protective equipment for electrical installations. An earth fault protection circuit breaker according to the invention can operate in single phase or polyphase systems, with an input AC voltage range of 70 to 264 volts, frequencies of 50 or 60 hertz, and currents tripping on earth faults of 6 to 30 milliamps. A circuit (33) producing a power factor which corresponds to a forward phase shift is connected to the secondary winding (31) of the differential transformer (23) of the circuit breaker, to allow the magnetic circuit to react to pulsed direct current signals. . Means (79) are incorporated to ensure continuity of protection in the event that the neutral conductor (13) is open, and a time delay circuit (81, 83, 85) prevents the flow of current to the conductor earth (15) until complete interruption of the current in the neutral conductor. Application to the safety of electrical installations.
Description
i Cette invention concerne de façon générale un disjoncteur deThis invention relates generally to a circuit breaker of
protection contre les défauts à la terre, et elle concerne plus parti- protection against earth faults, and more particularly
culièrement un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre qui est conçu pour fonctionner efficacement sur une gamme étendue de conditions de fonctionnement, aussi bien nationales qu'internationales. Les disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre protègent contre des chemins de courant vers la terre, non désirés, qui peuvent créer des conditions dangereuses Une forme courante d'un tel disjoncteur de protection contre les défauts à la terre comprend un In particular, a ground fault circuit breaker is designed to operate effectively over a wide range of operating conditions, both national and international. Ground fault circuit-breakers protect against undesired paths to the earth, which can create hazardous conditions A common form of such a ground fault circuit-breaker includes a
amplificateur différentiel ayant un circuit magnétique avec des enrou- differential amplifier having a magnetic circuit with coils
lements primaires opposés, un enroulement primaire étant traversé par du courant qui provient du conducteur de phase de la ligne électrique, tandis que l'autre enroulement primaire est traversé par un courant de retour qui provient du conducteur de neutre Ces enroulement primaires produisent dans le circuit magnétique des flux magnétiques qui circulent dans des directions opposées, ce qui correspond à ce que l'on appelle une condition "d'opposition" Si tout le courant du conducteur de phase qui circule vers la charge retourne par le conducteur de neutre, les opposite primary elements, a primary winding being crossed by current coming from the phase conductor of the power line, while the other primary winding is traversed by a return current which comes from the neutral conductor These primary windings produce in the circuit magnetic fluxes that flow in opposite directions, which corresponds to what is called an "opposition" condition. If the entire phase conductor current flowing to the load returns through the neutral conductor, the
flux seront égaux et s'annuleront mutuellement Cependant, si une cer- flow will be equal and will cancel each other out.
taine fraction du courant de charge est absorbée par un chemin non dé- part of the charging current is absorbed by an undesired path.
siré vers la terre, les flux en opposition ne s'annuleront pas et un drawn towards the earth, the flows in opposition will not cancel each other out and a
flux résultant circulera dans le circuit magnétique. resulting flux will flow into the magnetic circuit.
Un enroulement secondaire est également placé sur le circuit magnétique Le flux résultant qui circule lorsqu'un déséquilibre se produit dans les courants qui circulent dans les enroulements primaires induira un signal dans l'enroulement secondaire Le signal induit dans A secondary winding is also placed on the magnetic circuit. The resulting flux that flows when an imbalance occurs in the currents flowing in the primary windings will induce a signal in the secondary winding.
l'enroulement secondaire est dirigé vers le circuit de commande du dis- the secondary winding is directed to the control circuit of the dis-
joncteur de protection contre les défauts à la terre, pour ouvrir le ground fault protection circuit breaker, to open the
conducteur de phase et empêcher ainsi l'apparition d'une condition dan- phase conduct and thus prevent the appearance of a dangerous condition
gereuse.gerous.
Ce type de disjoncteur de protection contre les défauts à la terre a été utilisé depuis un certain temps, et diverses modifications et améliorations lui ont été apportées de temps à autre pour satisfaire des conditions particulières Par exemple, le brevet des E U A no 4 598 331, déposé par le présent inventeur, décrit une configuration dans laquelle le conducteur de phase est ouvert si une condition de neutre ouvert ou de conducteur de terre ouvert est détectée Il existe cependant d'autres situations dans lesquelles il serait préférable de maintenir la protection qu'assure le disjoncteur de protection contre This type of ground fault circuit breaker has been in use for some time, and various modifications and improvements have been made from time to time to meet particular requirements. For example, US Patent No. 4,598,331, filed by the present inventor, describes a configuration in which the phase conductor is open if a condition of open neutral or open ground conductor is detected There are however other situations in which it would be preferable to maintain the protection provided by the circuit breaker against
les défauts à la terre même si le conducteur de neutre est interrompu. earth faults even if the neutral conductor is interrupted.
Les applications de disjoncteurs de protection contre les dé- The applications of protection circuit breakers against
fauts à la terre font intervenir une grande variété de conditions dans le monde entier Par exemple, aux Etats-Unis il a été décidé que pour assurer la protection des personnes, un courant de défaut à la terre supérieur à 6 milliampères ne pouvait pas être toléré Cependant, dans d'autres pays, le courant de défaut à la terre admissible peut s'élever jusqu'à 30 milliampères Par conséquent, un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre prévu pour l'utilisation dans toutes les situations internationales doit être capable d'assurer une protection earth faults involve a wide variety of conditions around the world For example, in the United States it was decided that for the protection of people, an earth fault current higher than 6 milliamps could not be tolerated However, in other countries, the permissible earth fault current can be up to 30 milliamperes. Therefore, a ground fault circuit breaker intended for use in all international situations should be able to provide protection
contre des courants de défaut à la terre dans la gamme de 6-30 mil- earth fault currents in the range of 6-30 mil-
liampères. De plus, tous les pays n'utilisent pas la fréquence d'énergie alternative de 60 hertz qui est utilisée aux Etats-Unis De ce fait, liampères. In addition, not all countries use the 60 Hz alternative energy frequency that is used in the United States.
un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre pour des ap- a ground fault circuit-breaker for
plications internationales doit être capable d'assurer une protection pour une gamme de fréquences de 50-60 hertz En outre, pour procurer International applications must be able to provide protection for a frequency range of 50-60 Hz.
une souplesse maximale dans les applications, le disjoncteur de pro- flexibility in applications, the circuit breaker
tection contre les défauts à la terre doit être capable de fonctionner aussi bien avec de l'énergie d'entrée monophasée que polyphasée, avec une charge à phases équilibrées ou déséquilibrées, et avec des tensions d'entrée phase-neutre allant de 70 à 264 volts (en alternatif) Toutes ces caractéristiques doivent pouvoir être obtenues avec un courant de Ground fault protection must be able to operate with both single-phase and polyphase input energy, with phase-balanced or unbalanced load, and with phase-to-neutral input voltages ranging from 70 to 264 volts (in alternative) All these characteristics must be able to be obtained with a current of
charge admissible s'élevant jusqu'à 100 ampères ou plus. allowable load up to 100 amps or more.
Dans certaines situations, le circuit magnétique du disjoncteur In some situations, the magnetic circuit of the circuit breaker
de protection contre les défauts à la terre doit être capable de ré- protection against earth faults must be capable of
pondre à des exigences concernant des courants continus pulsés Des to meet requirements for pulsed DC currents
disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre de l'art an- circuit breakers for ground fault protection in the field of
térieur ne répondent pas actuellement à cette exigence d'une manière satisfaisante. Un autre problème qui apparaît concerne l'utilisation de mul- are currently not meeting this requirement satisfactorily. Another problem that arises is the use of multiple
tiples disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre con- earth fault protection circuit breakers
nectés à une ligne électrique Si on teste un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre en simulant un circuit de défaut à la terre pour ce disjoncteur, les autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre dans la série peuvent détecter le défaut à la terre et être activés sous l'effet de celui-ci Une situation similaire peut se présenter lorsqu'un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre ayant un conducteur de remplacement dirigé vers la terre est activé, et la formation d'un arc au contact qui ouvre le conducteur de neutre maintient la circulation du courant dans le conducteur de connected to a power line If a ground fault circuit interrupter is tested by simulating a ground fault circuit for this circuit breaker, the other ground fault circuit-breakers in the series can detect the fault at the circuit breaker. grounding and being activated by it A similar situation may arise when a ground fault circuit-breaker having an earth-oriented replacement conductor is activated, and the formation of an arc in contact which opens the neutral conductor maintains the flow of current in the conductor of
neutre jusqu'à un instant postérieur au début de la circulation du cou- neutral until a later time at the beginning of the circulation of the neck.
rant dans le chemin de remplacement, vers le conducteur de terre. rant in the replacement path, to the earth conductor.
Cette condition est également détectée comme un défaut à la terre par d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre, et This condition is also detected as a ground fault by other ground fault circuit breakers, and
ces derniers peuvent être activés de façon indésirable. these can be activated undesirably.
Dans encore d'autres situations, il peut être souhaitable d'avoir le choix entre un disjoncteur et un contacteur de puissance pour ouvrir le ou les conducteurs de phase de la ligne électrique Des In still other situations, it may be desirable to have the choice between a circuit breaker and a power contactor to open the phase conductor (s) of the electrical line.
dispositifs de l'art antérieur ne procurent pas une telle caractéristique. Prior art devices do not provide such a feature.
La présente invention procure un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre qui répond à l'exigence selon laquelle il doit pouvoir fonctionner dans une gamme étendue de conditions de fonctionnement, pour éviter l'apparition de courants de défauts à la terre dangereux Le fonctionnement de base du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre est celui qui est décrit en relation avec The present invention provides a ground fault circuit interrupter which meets the requirement that it must be able to operate over a wide range of operating conditions to avoid the occurrence of dangerous ground fault currents. ground fault circuit-breaker is the one described in connection with
les dispositifs de l'art antérieur, avec un certain nombre de caracté- devices of the prior art, with a number of features
ristiques supplémentaires.additional risks.
En ce qui concerne la possibilité de continuer à fournir une protection contre les défauts à la terre même lorsqu'un conducteur de neutre est ouvert, des moyens de commande se présentant sous la forme de dispositifs faisant circuler un courant unidirectionnel, tels que des With regard to the possibility of continuing to provide protection against ground faults even when a neutral conductor is open, control means in the form of devices for circulating a unidirectional current, such as
diodes, sont utilisés pour diriger vers la terre le courant d'activa- diodes, are used to direct the current of
tion du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, lors- ground fault circuit-breaker, when
que le conducteur de neutre est ouvert En fonctionnement normal, des exigences de réglementation interdisent l'existence d'un chemin de retour de courant vers la terre Cependant, dans le cas d'un neutre ouvert, on peut utiliser une très courte impulsion de courant vers la terre pour activer le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, sans créer des conditions dangereuses Un aspect important des moyens de commande consiste en ce que les diodes qui permettent the neutral conductor is open In normal operation, regulatory requirements prohibit the existence of a current return path to earth However, in the case of an open neutral, a very short current pulse can be used to ground to activate the earth fault circuit breaker, without creating dangerous conditions An important aspect of the control means is that the diodes that allow
la circulation du courant vers la terre ont une chute de tension di- flow to the earth have a di-
recte plus élevée que celle des diodes qui permettent la circulation higher than that of the diodes which allow the circulation
du courant vers le neutre Ceci est nécessaire pour empêcher la circu- from current to neutral This is necessary to prevent
lation du courant vers la terre pendant le fonctionnement normal. current to earth during normal operation.
On peut utiliser cette technique avec une configuration mono- This technique can be used with a mono configuration
phasée ou polyphasée, comme l'illustrent les modes de réalisation pré- phased or polyphase, as illustrated by the pre-
férés qui sont décrits ici Dans l'un des modes de réalisation préfé- These are described in one of the preferred embodiments.
rés, des moyens sont prévus pour permettre d'utiliser le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre avec un système monophasé res, means are provided to allow the use of the earth fault circuit-breaker with a single-phase system
ou un système polyphasé, sans modification ou réglage du dispositif. or a polyphase system, without modification or adjustment of the device.
Dans le but de permettre au circuit magnétique du transforma- In order to allow the magnetic circuit of the transforma-
teur différentiel de répondre à des exigences concernant des courants continus pulsés, on utilise des moyens qui sont destinés à donner au the differential requirements of pulsed DC currents, means are
circuit un facteur de puissance correspondant à un déphasage avant. circuit a power factor corresponding to a forward phase shift.
Une façon préférée pour obtenir ce facteur de puissance correspondant à un déphasage avant consiste à connecter un condensateur approprié A preferred way to obtain this power factor corresponding to a forward phase shift is to connect a suitable capacitor
aux bornes d'un enroulement secondaire du transformateur différentiel. at the terminals of a secondary winding of the differential transformer.
On peut limiter la tension de crête de l'enroulement secondaire en con- The peak voltage of the secondary winding can be limited by
nectant une paire de diodes d'écrêtage dans des sens opposés aux bor- necting a pair of clipping diodes in opposite directions to the
nes de l'enroulement, en parallèle sur le condensateur donnant un fac- winding, in parallel with the capacitor giving a
teur de puissance qui correspond à un déphasage avant. power meter which corresponds to a forward phase shift.
Pour éviter que d'autres disjoncteurs de protection contre des défauts à la terre ne soient activés inutilement, on utilise des moyens de retard pour empêcher la circulation d'un courant vers le conducteur de terre jusqu'à ce que la circulation du courant ait été interrompue dans le conducteur de neutre Le circuit de retard produit un retard suffisamment long pour permettre l'interruption de l'arc au moment To prevent other ground fault circuit-breakers from being activated unnecessarily, delay means are used to prevent the flow of current to the earth conductor until current flow has been prevented. interrupted in the neutral conductor The delay circuit produces a delay long enough to allow interruption of the arc at the moment
de l'ouverture du conducteur de neutre, avant de permettre la circu- the opening of the neutral conductor, before allowing the
lation d'un courant vers le conducteur de terre Ce circuit de retard est également utile pour empêcher une activation non désirée d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre, lorsqu'on utilise un circuit de test pour produire un défaut à la terre simulé This delay circuit is also useful for preventing unwanted activation of other ground fault circuit-breakers, when a test circuit is used to produce a fault in the circuit. simulated earth
pour l'un des disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre. for one of the earth fault protection circuit breakers.
On peut former ce circuit de test en plaçant un enroulement secondaire supplémentaire sur le circuit magnétique du transformateur différentiel Lorsque le circuit de test est fermé, par exemple par un interrupteur actionné manuellement, la circulation d'un courant dans l'enroulement secondaire supplémentaire fait circuler un flux qui This test circuit can be formed by placing an additional secondary winding on the magnetic circuit of the differential transformer. When the test circuit is closed, for example by a manually operated switch, the circulation of a current in the additional secondary winding circulates. a flow that
simule l'existence d'un courant de défaut à la terre On peut alimen- simulates the existence of a fault current to the earth.
ter le circuit de test soit directement à partir du conducteur de pha- the test circuit either directly from the phase conductor
se, soit à partir d'une sortie régulée du circuit de commande du dis- or from a controlled output of the control circuit of the dis-
joncteur de protection contre les défauts à la terre Pour que ces disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre réagissent à earth fault protection circuit breaker For these earth fault circuit breakers to react to
divers niveaux de courants de défaut à la terre admissibles, confor- various levels of allowable earth fault currents, in accordance
mément à ce qui est fixé dans différents pays, on peut utiliser des moyens de réglage pour déterminer le niveau de déclenchement du In addition to what is fixed in different countries, it is possible to use adjustment means to determine the trigger level of the
courant de défaut à la terre A l'heure actuelle, des niveaux de dé- fault current to ground At present, levels of
clenchement de 6, 10 et 30 milliampères sembleraient suffisants, mais on peut en prévoir davantage ou moins, en fonction des exigences ou de ce que l'on désire Les moyens de réglage peuvent être constitués 6, 10 and 30 milliamperes would seem to be sufficient, but more or less can be provided, depending on the requirements or what is desired. The adjustment means can consist of
par une résistance variable ou remplaçable dans le circuit de com- by a variable or replaceable resistor in the com-
mande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre. earth fault circuit breaker.
En utilisant un circuit régulateur, il est possible d'adapter le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il travaille sur une plage étendue de tensions d'entrée, comme des By using a regulator circuit, it is possible to adapt the ground fault circuit-breaker to work over a wide range of input voltages, such as
tensions alternatives de 70 à 264 volts entre phase et neutre Le ré- alternating voltages from 70 to 264 volts between phase and neutral
gulateur de tension peut être d'un type en cascade, dans lequel une paire de dispositifs de commutation sont forcés de se partager la voltage regulator can be of a cascade type, in which a pair of switching devices are forced to share the
chute de tension sur la plage désirée de tensions d'entrée. voltage drop across the desired range of input voltages.
On peut utiliser divers dispositifs d'ouverture de circuit, comme par exemple un disjoncteur ou un contacteur de puissance Des contacts de disjoncteur fermés au repos dans le conducteur de phase Various circuit-opening devices, such as a circuit-breaker or a power contactor, may be used. Circuit breaker contacts closed at rest in the phase conductor
et dans le neutre peuvent être actionnés de façon à ouvrir les con- and in the neutral can be operated to open the con-
ducteurs de phase et de neutre On réalise ceci en mettant sous ten- sion une bobine de déclenchement branchée en shunt D'autre part, si on désire utiliser un contacteur de puissance qui est excité dans les conditions normales, on peut incorporer des structures de commutation qui sont conçues pour ouvrir le conducteur dirigé vers la bobine Phase conductors and neutral conductors This is achieved by energizing a shunt trip coil. On the other hand, if it is desired to use a power contactor which is energized under normal conditions, switching structures can be incorporated. which are designed to open the conductor directed to the coil
d'électro-aimant du contacteur, permettant ainsi aux contacts de re- electromagnet of the contactor, thus allowing contact
tourner à la position ouverte au repos. turn to the open position at rest.
On peut ainsi procurer un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre qui fonctionne effectivement dans un grand nombre de conditions de fonctionnement différentes, tout en offrant It is thus possible to provide a ground fault circuit-breaker which effectively operates in a large number of different operating conditions, while offering
également une variété de caractéristiques différentes Il faut évidem- a variety of different characteristics, of course
ment noter qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser dans chaque situation toutes les caractéristiques ou la souplesse concernant les conditions de fonctionnement qui sont décrites ici Dans de nombreuses situations, moins de la totalité des caractéristiques et des avantages peuvent suffime Par conséquent, chacune des caractéristiques revendiquées peut Note that it is not necessary to use in each situation all the features or flexibility of the operating conditions described here. In many situations, less than all of the features and benefits may be sufficient. each of the features claimed may
avoir un intérêt séparément des autres. have an interest separately from others.
Ces buts, avantages et caractéristiques de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront ci-après, et des exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre d'illustration mais non de limitation, sont représentés dans les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de circuit simplifié d'un premier mode de réalisation préféré de la présente invention, La figure 2 est un schéma de circuit simplifié d'un second mode de réalisation préféré de la présente invention, et La figure 3 est un schéma de circuit simplifié d'un troisième These and other objects, advantages and features of the invention will become apparent hereinafter, and exemplary embodiments of the invention, given by way of illustration but not limitation, are shown in the accompanying drawings. wherein: FIG. 1 is a simplified circuit diagram of a first preferred embodiment of the present invention; FIG. 2 is a simplified circuit diagram of a second preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a simplified circuit diagram of a third
mode de réalisation préféré de la présente invention. preferred embodiment of the present invention.
La figure 1 montre un disjoncteur de protection contre les Figure 1 shows a circuit breaker for protection against
défauts à la terre comportant un conducteur de phase 11, un conduc- earth faults comprising a phase conductor 11, a conductor
teur de neutre 13 et un conducteur de terre 15 Un contact d'ouver- neutralizer 13 and a grounding conductor 15 A contact of opening
ture de circuit 17 est placé dans le conducteur de phase 11, tandis qu'un contact d'ouverture de circuit similaire 19 est placé dans le conducteur de neutre 13 Des varistances à oxydes métalliques 21 et 22 sont connectées entre le conducteur de phase Il et les conducteurs de neutre et de terre 13 et 15, pour assurer une protection contre des tensions transitoires. Le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre The circuit conductor 17 is placed in the phase conductor 11, while a similar circuit opening contact 19 is placed in the neutral conductor 13. Metal oxide varistors 21 and 22 are connected between the phase conductor 11 and the neutral and earth conductors 13 and 15, to provide protection against transient voltages. Ground fault circuit-breaker
comporte un transformateur différentiel 23 Le transformateur dif- has a differential transformer 23 The transformer differs
férentiel 23 comporte un circuit magnétique 25, et des parties 27 et 29 des conducteurs respectifs 11 et 13 passent à travers le circuit ferential 23 comprises a magnetic circuit 25, and portions 27 and 29 of the respective conductors 11 and 13 pass through the circuit
magnétique 25 pour former les enroulements primaires du transforma- magnet 25 to form the primary windings of the transforma-
teur différentiel Les enroulements primaires 27 et 29 sont con- The primary windings 27 and 29 are
nectés de façon à produire des flux opposés ou "en opposition" Par nected in such a way as to produce opposite or "opposing" flows by
conséquent, si la totalité du courant de charge retourne par le con- therefore, if the entire charging current returns via the
ducteur de neutre, les flux dans les enroulements primaires s'an- neutral conductor, the fluxes in the primary windings become
nuleront mutuellement.mutually.
Un enroulement secondaire 31 est également placé sur le cir- A secondary winding 31 is also placed on the circuit
cuit magnétique 25 du transformateur S'il apparaît un courant de terre dépassant une valeur prédéterminée (par exemple 6 milliampères), les flux qui sont produits par les enroulements primaires 27 et 29 If a ground current exceeding a predetermined value (for example 6 milliamperes) occurs, the fluxes that are produced by the primary windings 27 and 29
ne s'annuleront pas et un flux résultant circulera dans le circuit ma- will not cancel each other out and a resulting flow will circulate in the ma-
gnétique 25 Cette circulation de flux induira dans l'enroulement 25 This circulation of flux will induce in the winding
secondaire 31 un signal qui est ensuite dirigé vers le circuit de com- secondary 31 a signal which is then directed to the com-
mande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, pour ground fault circuit-breaker, for
ouvrir les conducteurs de phase et de neutre. open phase and neutral conductors.
Du fait que le circuit magnétique du transformateur dif- Because the magnetic circuit of the transformer differs
férentiel 23 doit être capable de répondre à certaines exigences con- ferential 23 must be capable of meeting certain requirements
cernant des courants continus pulsés, un condensateur 33 est connecté encircling pulsed DC currents, a capacitor 33 is connected
aux bornes de l'enroulement secondaire 31 Le condensateur 33 pro- at the terminals of the secondary winding 31 The capacitor 33
duit un facteur de puissance correspondant à un déphasage avant, qui permet au circuit magnétique de répondre à ses exigences concernant des courants continus pulsés Pour limiter l'amplitude des crêtes de a power factor corresponding to a forward phase shift, which allows the magnetic circuit to meet its requirements for pulsed DC currents to limit the amplitude of the peaks of
tension aux bornes de l'enroulement secondaire 31, des diodes d'écrê- voltage at the terminals of the secondary winding 31, clipping diodes
tage 35 et 37 sont connectées dans des sens opposés aux bornes de 35 and 37 are connected in opposite directions across
l'enroulement secondaire 31, en parallèle avec le condensateur 33. the secondary winding 31, in parallel with the capacitor 33.
Le signal qui est induit dans l'enroulement secondaire 31 est The signal that is induced in the secondary winding 31 is
dirigé vers des bornes 1 et 3 d'un circuit intégré linéaire qui am- to terminals 1 and 3 of a linear integrated circuit which
plifie le signal et qui fournit un signal de commande de sortie stable dans des conditions variables Une résistance de réglage de phase 39 et un condensateur de blocage de courant continu 41 sont connectés en série entre l'enroulement secondaire 31 et la borne 1 du circuit intégré 43 Une résistance d'amortissement 45 est connectée entre un plifie the signal and which provides a stable output control signal under varying conditions A phase adjusting resistor 39 and a DC blocking capacitor 41 are connected in series between the secondary winding 31 and the terminal 1 of the integrated circuit 43 A damping resistor 45 is connected between a
côté de l'enroulement secondaire 31 et la borne 6 du circuit intégré 43. side of the secondary winding 31 and the terminal 6 of the integrated circuit 43.
Des résistances 47 et 49 sont connectées dans la boucle de rétroaction allant de la borne 7 du circuit intégré 43 à la borne 1 de ce dernier On utilise la résistance 47 pour limiter la dissymétrie Resistors 47 and 49 are connected in the feedback loop going from the terminal 7 of the integrated circuit 43 to the terminal 1 of the latter. The resistor 47 is used to limit the asymmetry.
dans les signaux de potentiel des différentes polarités La résis- in the potential signals of the different polarities The resistance
tance 49 est l'élément de commande de gain de rétroaction, et c'est cette résistance que l'on peut faire varier pour régler le niveau de courant de terre de déclenchement pour le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre On peut réaliser ceci en faisant en sorte que la résistance 49 puisse être remplacée, de façon à pouvoir utiliser sélectivement des résistances de différentes valeurs, ou bien en utilisant une résistance variable avec des réglages discrets que Tance 49 is the feedback gain control element, and it is this resistance that can be varied to adjust the tripping earth current level for the earth fault circuit breaker. this by making it possible for the resistor 49 to be replaced, so as to be able to selectively use resistors of different values, or by using a variable resistor with discrete adjustments that
l'on peut sélectionner A l'heure actuelle, des réglages pour des ni- At this time, settings can be selected for
veaux de déclenchement de 6 milliampères, 10 milliampères et 30 mil- 6 milliamperes, 10 milliamps and 30 mil
liampères sont probablement les seuls réglages nécessaires, mais le amperes are probably the only settings needed, but the
nombre de réglages discrets peut être modifié de la manière néces- number of discrete settings can be changed as needed.
saire ou désirée Un transistor 51, une résistance 53, une diode Zener 55, une résistance 57, une diode 59 et un condensateur 61 constituent un circuit régulateur de tension qui permet au disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de fonctionner sur une A transistor 51, a resistor 53, a Zener diode 55, a resistor 57, a diode 59, and a capacitor 61 constitute a voltage regulator circuit that allows the ground fault circuit-breaker to operate on a circuit.
plage étendue de tensions d'entrée, correspondant à des tensions al- wide range of input voltages, corresponding to voltages
ternatives entre phase et neutre de 70 à 264 volts De plus, le cir- between 70 to 264 volts phase and neutral. In addition,
cuit constitue fondamentalement un dispositif à courant constant qui cooked is basically a constant current device that
réduit la puissance dissipée.reduces the dissipated power.
Une résistance 63, connectée à la borne 6 du circuit intégré A resistor 63, connected to the terminal 6 of the integrated circuit
43, fait également partie de ce circuit régulateur de tension Le si- 43, is also part of this voltage regulator circuit.
gnal de sortie du circuit intégré, sur la borne 5, est dirigé vers la output of the integrated circuit, on terminal 5, is directed to the
gâchette d'un thyristor 67, pour le faire passer à l'état conducteur. trigger of a thyristor 67, to make it go to the conductive state.
Lorsque le thyristor 67 conduit, le courant qui circule dans la bobine d'électro-aimant 65 ouvre les contacts 17 et 19 pour interrompre la When the thyristor 67 is conducting, the current flowing in the electromagnet coil 65 opens the contacts 17 and 19 to interrupt the
circulation d'énergie vers la charge Un condensateur 69 qui est con- flow of energy to the load A capacitor 69 which is
necté aux bornes du thyristor 67 a pour fonction d'atténuer la sensi- connected to the terminals of the thyristor 67 serves to attenuate the sensitivity
bilité au paramètre d V/d T (comportement en présence d'une tension transitoire), tandis qu'un condensateur 71 établit une constante de the parameter d V / d T (behavior in the presence of a transient voltage), whereas a capacitor 71 establishes a constant of
temps pour éliminer des déclenchements intempestifs. time to eliminate nuisance tripping.
Un circuit de test comporte un interrupteur de test 73 qui ferme un circuit passant par un enroulement secondaire supplémentaire A test circuit includes a test switch 73 which closes a circuit passing through an additional secondary winding
qui se trouve sur le circuit magnétique 25 du transformateur dif- which is on the magnetic circuit 25 of the transformer
férentiel 23 Une résistance de limitation de courant 77 est incor- A current limiting resistor 77 is incor-
porée dans le circuit de test L'activation de l'interrupteur de test 73 pored into the test circuit Activation of the test switch 73
pour fermer le circuit passant par l'enroulement secondaire sup- to close the circuit passing through the secondary winding sup-
plémentaire simule l'effet d'un circuit de défaut à la terre, ce qui Complementary simulates the effect of a ground fault circuit, which
permet de tester le fonctionnement du disjoncteur de protection con- allows to test the operation of the protection circuit breaker con-
tre les défauts à la terre.be the defects to the ground.
Comme on peut le voir, le mode de réalisation de la figure 1 As can be seen, the embodiment of FIG.
est un circuit alternatif monophasé Des diodes 72, 74 et 76 cons- is a single-phase alternating circuit 72, 74 and 76 diodes
tituent une alimentation à redressement à simple alternance pour le circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts provide a half-wave rectifier power supply for the circuit-breaker circuit breaker control circuit
à la terre.To the earth.
Une diode 79 est connectée entre le conducteur de terre et le côté de sortie du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre Laa diode 79 établit un chemin de remplacement vers la terre dans le cas o le conducteur de neutre doit être ouvert Pour garantir qu'aucun courant ne circule vers la A diode 79 is connected between the earth conductor and the output side of the control circuit of the earth leakage protection circuit breaker. Laa diode 79 establishes a replacement path to earth in the case where the neutral conductor is to be open To ensure that no current flows to the
terre lorsque le conducteur de neutre est intact (pendant le fonction- earth when the neutral conductor is intact (during operation).
nement normal), la diode 79 est sélectionnée de façon à avoir une chute de tension directe supérieure à celle de la diode 76 Ainsi, Normally, diode 79 is selected to have a forward voltage drop greater than that of diode 76.
contrairement à l'ouverture automatique des contacts 17 et 19 lors- unlike automatic opening of contacts 17 and 19 when
qu'un conducteur de neutre ouvert est détecté, comme dans le brevet that an open neutral conductor is detected, as in the patent
des E U A N O 4 598 331, le disjoncteur de protection contre les dé- of E U A N O 4,598,331, the circuit breaker for protection against
fauts à la terre peut toujours être activé dans le cas d'un conducteur earth faults can still be activated in the case of a driver
de neutre ouvert De plus, la circulation du courant dans le conduc- In addition, the flow of current in the conductor
teur de neutre pour l'activation du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre a une durée suffisamment courte pour ne créer neutral for the activation of the earth fault circuit-breaker has a sufficiently short duration to
aucun danger pour les personnes.no danger for people.
Un circuit de temporisation qui est formé par un thyristor 81, un condensateur 83 et une résistance 85, est connecté en série avec A delay circuit which is formed by a thyristor 81, a capacitor 83 and a resistor 85, is connected in series with
la diode 79 Dans le cas d'un conducteur de neutre ouvert, le thyris- In the case of an open neutral conductor, the thyristor
tor 81 est amorcé par la commande de sa gâchette en courant continu par l'intermédiaire de la diode 79 Pendant l'ouverture du contact 19, tor 81 is initiated by the control of its DC trigger through the diode 79 During the opening of the contact 19,
un arc se formera au cours de la phase d'ouverture initiale La for- an arc will be formed during the initial opening phase.
mation de cet arc crée une impédance telle que la chute de tension directe aux bornes de la diode 76 et du contact 19 peut devenir tion of this arc creates an impedance such that the direct voltage drop across the diode 76 and the contact 19 can become
supérieure à la chute de tension directe de la diode 79 Toute cir- greater than the direct voltage drop of the diode 79
culation de courant vers la terre à travers la diode 79 apparaîtrait comme un défaut à la terre pour d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre situés en amont de ce disjoncteur de protection contre les défauts à la terre particulier Ceci aurait pour effet de provoquer l'activation d'un tel disjoncteur de protection Current flow to earth through diode 79 would appear as a ground fault for other earth fault circuit-breakers located upstream of this particular earth fault circuit breaker. This would have the effect of to cause the activation of such a protection circuit breaker
contre les défauts à la terre.against earth faults.
Le circuit de temporisation qui comprend le thyristor 81, le condensateur 83 et la résistance 85 est réglé de façon à introduire dans le chemin de circulation de courant en sens direct à travers la The delay circuit which comprises the thyristor 81, the capacitor 83 and the resistor 85 is set to introduce into the current flow path in a forward direction through the
diode 79 un retard qui est suffisamment long pour permettre la dispa- diode 79 a delay which is long enough to allow the disappearance
rition complète de l'arc au contact 19 De cette manière, aucun cou- the arc in contact 19 In this way, no
rant ne circulera dans la diode 79, sauf s'il y a une condition réelle de défaut à la terre, lorsque de l'énergie est fournie à la charge rant will flow through diode 79 unless there is an actual earth fault condition when power is supplied to the load
par l'intermédiaire du conducteur de phase 11 Ce circuit de tempori- through the phase conductor 11 This timing circuit
sation empêche également un déclenchement accidentel d'autres cir- also prevents accidental triggering of other cir-
cuits de disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre, baked earth fault protection circuit breakers,
lorsque le circuit de test est activé par la fermeture de l'inter- when the test circuit is activated by closing the inter-
rupteur 73.breaker 73.
Le mode de réalisation de la figure 2 montre une configura- The embodiment of FIG. 2 shows a configura-
tion polyphasée similaire à celle du mode de réalisation de la figure 1, avec certaines caractéristiques supplémentaires Pour pouvoir s'y référer plus aisément, les composants de la figure 2 qui sont les mêmes que ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes nombres similar to that of the embodiment of FIG. 1, with certain additional features. For a more convenient reference, the components of FIG. 2 which are the same as those of FIG. 1 are designated by the same numbers.
accompagnés du symbole prime.accompanied by the premium symbol.
Dans ce mode de réalisation polyphasé, il y a trois conduc- In this polyphase embodiment, there are three conductive
il teurs de phase 87, 89 et 91 Du fait que ce disjoncteur de protection contre les défauts à la terre est conçu pour être connecté à une source polyphasée ou une source monophasée, le conducteur de phase Phase 87, 89 and 91 Since this ground fault circuit interrupter is designed to be connected to a polyphase source or a single phase source, the phase conductor
91 correspondrait au conducteur de phase il dans le mode de réalisa- 91 would correspond to the live conductor he in the mode of realization
tion de la figure 1, si une source monophasée était utilisée Dans ce circuit polyphasé, on utilise une alimentation à double alternance, au lieu de l'alimentation à simple alternance du mode de réalisation de la figure 1 L'énergie redressée à double alternance est obtenue FIG. 1, if a single-phase source was used. In this polyphase circuit, a full-wave power supply is used instead of the half-wave power supply of the embodiment of FIG. obtained
au moyen de diodes 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105 et 107 Fonctionnel- by means of diodes 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105 and 107 functional-
lement, ces diodes correspondent aux diodes 72, 74 et 76 du mode de réalisation de la figure 1 A titre d'exemple, on peut voir que dans les alternances positives pour la tension sur le conducteur 87, le chemin passe par la diode 93 en direction du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, et revient vers le neutre par la diode 107 Dans les alternances négatives, le chemin de circulation du courant passe par la diode 95 en direction These diodes correspond to the diodes 72, 74 and 76 of the embodiment of FIG. 1. By way of example, it can be seen that in the positive half-waves for the voltage on the conductor 87, the path passes through the diode 93 in FIG. direction of the control circuit of the earth fault protection circuit breaker, and returns to the neutral through the diode 107 In the negative half-waves, the flow path of the current passes through the diode 95 in the direction
du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les dé- circuit breaker circuit breaker control circuit
fauts à la terre, et il revient vers le neutre par l'intermédiaire de la diode 105 Chacun des autres chemins des conducteurs de phase passe earth faults, and it returns to the neutral through the diode 105 Each of the other paths of phase conductors passes
par la paire de diodes associée 97, 99 et 101, 103. by the pair of associated diodes 97, 99 and 101, 103.
Les diodes 108 et 110 établissent un chemin de remplacement vers la terre, correspondant à la fonction de la diode 79 dans le mode de réalisation de la figure 1 Par conséquent, le disjoncteur de The diodes 108 and 110 establish a replacement path to earth, corresponding to the function of the diode 79 in the embodiment of Figure 1. Therefore, the circuit breaker
protection contre les défauts à la terre fonctionnera toujours en pré- protection against earth faults will always work in pre-
sence d'un conducteur de neutre 15 ' à l'état ouvert Un circuit régu- presence of a neutral conductor 15 'in the open state A regular circuit
lateur de tension en cascade est formé par des dispositifs à claquage 113 et 155 (qui sont représentés ici par des transistors à effet de The cascaded voltage transmitter is formed by breakdown devices 113 and 155 (which are here represented by solid-state transistors).
champ métal-oxyde-semiconducteur (MOS), bien que l'on puisse uti- metal-oxide-semiconductor (MOS) field, although we can use
liser n'importe quel dispositif approprié); des diodes Zener 117, 119 read any appropriate device); Zener diodes 117, 119
et 121, des résistances 123, 125, 127 et 63 '; et un condensateur 61 '. and 121, resistors 123, 125, 127 and 63 '; and a capacitor 61 '.
Avec cette configuration, le transistor à effet de champ MOS 113 ré- With this configuration, the MOS field effect transistor 113
gule la tension depuis approximativement 50 volts jusqu'à approximati- voltage from approximately 50 volts to approx.
vement la moitié de la tension continue maximale de 650 volts Le transistor à effet de champ MOS 115 poursuit la régulation jusqu'à la half of the maximum continuous voltage of 650 volts The field effect transistor MOS 115 continues the regulation up to the
tension maximale.maximum voltage.
Du fait que ce mode de réalisation utilise une approche mo- Because this embodiment uses a modern approach
dulaire pour permettre l'utilisation de différents dispositifs de cou- to allow the use of different coupling devices
pure de circuit, ainsi que d'autres options, comme un module déporté pour le test et le réenclenchement, les lignes 87, 89, 91, 13 ' et 15 ' sont représentées dans une configuration dans laquelle elles aboutis- circuit, as well as other options, such as a remote module for testing and reclosing, the lines 87, 89, 91, 13 'and 15' are represented in a configuration in which they terminate.
sent à un panneau de bornes 129 De façon similaire, diverses con- Likewise, a variety of con-
nexions provenant du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre sont dirigées vers le panneau de bornes 131 D'autres dispositifs de coupure de circuit sont représentés sous connections from the control circuit of the earth leakage circuit breaker are directed to the terminal panel 131 Other circuit breakers are shown under
la forme d'un disjoncteur 133 ou d'un contacteur de puissance 135. in the form of a circuit breaker 133 or a power contactor 135.
Si on utilisait l'option "disjoncteur", les conducteurs de phase 87, If we used the "circuit breaker" option, the phase 87 conductors,
89 et 91 seraient connectés de la manière représentée dans le dispo- 89 and 91 would be connected in the manner
sitif 133, tandis que les contacts fermés au repos 137, 139 et 141 seraient commandés par la bobine de déclenchement shunt 143 On peut voir que la bobine d'électro-aimant 65 ', qui dans le mode de réalisation de la figure 1 commanderait l'ouverture des interrupteurs fermés au repos 17 et 19, commande les contacts 145 et 147, ainsi que le contact 149 pour la bobine de déclenchement shunt 143 Sous l'effet de l'excitation de la bobine d'électro-aimant 65 ', le contact 149 se ferme, ce qui fait que la bobine de déclenchement shunt 143 peut 133, while the closed rest contacts 137, 139 and 141 would be controlled by the shunt trip coil 143. It can be seen that the solenoid coil 65 ', which in the embodiment of FIG. opening the closed-off switches 17 and 19 controls the contacts 145 and 147 and the contact 149 for the shunt trip coil 143. contact 149 closes, so that the shunt trip coil 143 can
être excitée par l'intermédiaire des bornes 5 et 7 du panneau de bor- be energized via terminals 5 and 7 of the terminal panel.
nes 131 L'excitation de la bobine de déclenchement shunt 143 ouvre lescontacts 137, 139 et 141 (ainsi que le contact de conducteur 131 The excitation of the shunt trip coil 143 opens the contacts 137, 139 and 141 (as well as the driver contact
neutre 19 ', non représenté).neutral 19 ', not shown).
Si le contacteur de puissance 135 est connecté au panneau de bornes 139, la bobine d'électro-aimant 150 est excitée à partir du conducteur de phase 91 par l'intermédiaire du contact fermé au repos 147 Dans le cas de l'excitation de la bobine d'électro-aimant 65 ', If the power contactor 135 is connected to the terminal board 139, the solenoid coil 150 is energized from the phase conductor 91 via the closed contact at rest 147 In the case of the excitation of the electromagnet coil 65 ',
le contact 147 est ouvert pour désexciter la bobine 150 La désexci- the contact 147 is open to de-energize the coil 150 The deexcise
tation de la bobine d'électro-aimant 150 permet aux contacts fermés au repos 151, 153 et 155 dans les conducteurs respectifs 87, 89 et 91 The solenoid coil 150 allows the closed contacts 151, 153 and 155 in the respective conductors 87, 89 and 91 to be closed.
de retourner à la position ouverte au repos. to return to the open position at rest.
Un module déporté 157 peut être connecté au panneau de A remote module 157 can be connected to the panel of
bornes 131, comme représenté On pourrait inclure diverses caractéris- 131, as shown. Various features could be included.
tiques, de la manière désirée La figure montre une diode électrolumi- in the desired manner The figure shows a light-emitting diode
nescente (DEL) 159 qui serait excitée sous l'effet de la génération d'un signal de déclenchement de disjoncteur de protection contre les nescente (LED) 159 which would be excited under the effect of the generation of a circuit breaker tripping signal of protection against
défauts à la terre, pour donner une indication visuelle du déclenche- earth faults, to give a visual indication of the triggering
ment Une autre caractéristique qui est incluse dans ce module dé- Another feature that is included in this module is
porté 157 consiste en un bouton de réenclenchement pour réenclencher le disjoncteur de protection contre des défauts à la terre, après qu'il a été actionné par la présence d'un courant de défaut à la terre La dernière caractéristique qui est représentée ici consiste dans le fait que l'interrupteur de test 73 ' est placé dans le module déporté, au lieu de se trouver dans le disjoncteur de protection contre port 157 consists of a reset button to reset the earth fault circuit breaker after it has been activated by the presence of an earth fault current. The last characteristic shown here consists of the that the test switch 73 'is placed in the remote module, instead of being in the circuit breaker against
les défauts à la terre lui-même.the faults to the earth itself.
La figure 3 représente un mode de réalisation simplifié du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de la figure 1, dans lequel la caractéristique de protection contre un conducteur de neutre ouvert a été éliminée Pour certaines applications, cette FIG. 3 shows a simplified embodiment of the ground fault circuit-breaker of FIG. 1, in which the protection characteristic against an open neutral conductor has been eliminated.
version simplifiée sans protection contre un conducteur de neutre ou- simplified version without protection against a neutral conductor or-
vert sera suffisante pour assurer la protection nécessaire, avec un green will be sufficient to provide the necessary protection, with a
coût notablement réduit.cost significantly reduced.
Pour permettre de s'y référer plus aisément, les composants du circuit du mode de réalisation de la figure 3 sont identifiés par l'utilisation des mêmes références numériques que dans le mode de réalisation de la figure 1, mais avec un double symbole prime On For easier reference, the components of the circuit of the embodiment of FIG. 3 are identified by the use of the same reference numerals as in the embodiment of FIG. 1, but with a double prime symbol.
peut voir que ce mode de réalisation utilise une alimentation à redres- can see that this embodiment uses a rectifying power supply.
seur à double alternance, avec des diodes 163, 165, 167 et 169, au lieu de l'alimentation à redresseur à simple alternance du mode de réalisation de la figure 1 Ceci mis à part, le fonctionnement de base alternatively, with diodes 163, 165, 167 and 169, instead of the half-wave rectifier power supply of the embodiment of FIG. 1 except for the basic operation
de ce circuit est pratiquement le même que celui du mode de réalisa- This circuit is practically the same as that of the mode of
tion de la figure 1, mais sans des caractéristiques telles que la pro- Figure 1, but without features such as
tection contre un conducteur de neutre ouvert, le circuit de tempori- against an open neutral conductor, the timing circuit
sation associé et le régulateur de tension particulier du mode de réa- associated setting and the particular voltage regulator of the
lisation de la figure 1.of Figure 1.
Il faut noter que divers changements et modifications peuvent être apportés à la configuration, au fonctionnement et aux détails de réalisation des éléments qui sont décrits ici, sans sortir de l'esprit et It should be noted that various changes and modifications can be made to the configuration, operation and detail of the elements described here without departing from the spirit and
du cadre de l'invention.of the scope of the invention.
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Effective date: 20090331 |